基于GPU的实时光线投射算法

介绍了一种基于GPU（可编程图形处理单元）的快速实时光线投射算法。为满足大规模体数据集的绘制要求,利用当前GPU的新特性,直接将体数据作为纹理载入显存,采用预积分分类方法在GPU中对体数据进行重采样和分类,避免了计算机主内存与GPU纹理内存之间数据交换的瓶颈问题;利用硬件支持的三维纹理和片元着色器,实时计算每个体素的梯度,实现高质量的光照,保证高质量的图像绘制效果。实验结果表明该方法在医学三维数据场可视化中,能够实时、高效地生成高质量的交互式体可视化图像。     

逐像素偏移纹理坐标的视差映射改进方法

视差映射技术可以通过沿着视点方向平移纹理坐标来实现纹理图像的真实感绘制,然而不正确的纹理坐标偏移量将导致纹理图像的滑动现象.根据视差映射技术原理,通过定义纹理坐标值与高度值之间的映射函数得到偏移量与当前视点坐标的对应关系;利用GPU技术计算得到正确的纹理坐标偏移量,使得在视点动态变换时纹理图像的绘制不会产生滑动现象.实验结果表明,与传统视差映射方法及现有GPU技术校正纹理坐标偏移量方法相比,在没有增加算法复杂度的前提下,采用文中方法可改善纹理图像真实感绘制的效果.     

基于GPU的三维医学图像混合可视化系统

研究并实现了一个基于GPU的医学图像混合可视化系统，该系统采用三维纹理映射的方法实现直接体绘制，利用GPU的可编程特性完成体绘制方法中的插值后分类算法和传输函数的传递及实时修改，采用OpenGL技术实现表面的绘制，并基于场景图结构实现时表面数据的管理。面绘制和体绘制部分都采用OpenGL实现，运用OpenGL的融合机制，系统实现了面绘制和体绘制的混合显示。本系统大大提高了体绘制的速度，有效地保留了面绘制和体绘制的优势，在保证绘制速度的基础上丰富了图像信息。     

基于图形硬件加速的Freehand三维超声图像滤波与插值技术

本文对采用Freehand超声采集方法得到体数据进行三维重建与可视化问题进行了研究。由于传统基于CPU的方法在数据预处理与三维成像的过程中要耗费大量时间,本文应用可编程图形硬件(GPU)技术,实现快速的纹理查找与计算,并进行图像滤波与插值运算。由于可编程图形硬件将很多算法用硬件并行计算,可以明显缩短成像时间。最后比较了两种滤波方法和一种插值算法来提高三维图像的质量,实验证明,基于GPU的同中心插值法能减少噪声信号干扰,缩短绘制时间。     

3D非均匀直线网格GPU体绘制方法研究

计算机图形硬件技术的快速发展可以用来加速可视化过程,为此针对非均匀直线网格,给出了基于均匀辅助网格的CPU光线投射算法、基于辅助纹理的GPU光线投射算法,以及基于切片的3D纹理体绘制算法,并在Nvidia Geforce 6800GT图形卡上对这些算法进行了测试。结果表明,GPU算法远远快于CPU算法,而基于切片的3D纹理体绘制算法则快于GPU光线投射算法。     

基于GPU的四维医学图像动态快速体绘制

传统的三维医学图像重建技术无法满足四维医学图像动态重建的需求,而四维医学图像庞大的数据量使传统重建技术很难实现高性能实时绘制.基于以上需求,提出了一种四维医学图像动态快速体绘制方法.首先采用GPU强大的并行计算能力,提出一种基于GPU、利用CUDA技术实现的光线投射算法;然后分析了算法框架、体数据及计算结果的存储策略、...     

基于纹理映射和GPU的焦点区域体绘制

利用图形硬件的纹理映射和可编程GPU功能,高效实现基于焦点区域的体绘制.使用模板缓存检测机制把体数据标记为3个不同的区域,然后对标记区域使用基于纹理映射的方法分别绘制;同时使用基于GPU方法实现了周围区域的体轮廓绘制以及体绘制中多个转换函数的指定过程.文中方法使得体绘制系统实现容易、可扩展性好.     

基于GPU的风暴数据场多维纹理混合绘制

在气象领域,三维风暴数据场可视化是风暴监测及灾害预测的重要技术手段之一。可视化效率及质量直接影响到风暴体分析研究的准确性和时效性。针对传统的二维、三维纹理映射体绘制方法进行了研究,提出了一种基于GPU的风暴数据场多维纹理混合绘制技术。该方法采用了三维纹理存储风暴数据场并结合代理几何体动态生成方法,克服了传统方法中纹理数据冗余的问题,并保证了模型的三维交互流畅性。该方法中提出的纹理映射光滑重采样策略,显著提高了风暴体模型显示效果,并在一定程度上避免了CPU-GPU通信瓶颈。     

基于CUDA海量空间数据实时体绘制研究

针对海量空间科学数据的精细及实时三维绘制需求,提出并实现了一种基于CUDA语言的并行化光线投射体绘制加速算法,利用传统体绘制算法中光线投射法的可并行特点和GPU中高速的纹理查询的优点,通过一个实际坐标到纹理坐标的转换函数实现了对不规则采样数据的准确采样,并完成了绘制算法的CUDA并行化改造,通过CUDA语言利用GPU强大的并行计算能力实现了对海量空间数据的实时三维光线投射绘制.     

基于图形处理器加速光线投射算法的多功能体绘制技术

为克服传统算法中体绘制交互速度不流畅、重建耗时长、绘制效果单一的不足,实现了基于图形处理器(GPU)的光线投射算法用于医学层析图像实时体绘制,并能快速切换不同组织器官的绘制效果。首先,读入医学层析图像到计算机内存,构造体素;然后,设置相应体素属性(如插值方式、着色处理、光照参数)等,设计显示不同组织器官的颜色及不透明度传输函数;最后,GPU加载体素据并进行光线投射算法的计算。实验结果表明,在绘制速度上,GPU加速光线投射算法实现的多功能体绘制技术的绘制速度能达到每秒40帧以上,完全满足临床应用需求。在绘制质量上,用户交互中由于重采样而产生的锯齿现象明显低于CPU端实现的光线投射算法,GPU端与CPU端绘制时间的加速比在9倍左右。     

基于最优化分块的大规模数据体绘制加速方法

GPU加速体绘制已成为体可视化领域的研究热点,然而超出显存的大规模数据无法直接载入,成为GPU应用的瓶颈。分块技术能够在保证图像质量的条件下解决该问题,但分块数据的频繁加载和访问明显降低了绘制速度。针对上述问题,通过建立最优化分块模型得到了大规模数据的最优分块,并通过构造节点编号纹理和改进距离模板设计的方法进一步提高了基于八叉树的分块体绘制算法的绘制速度。实验结果表明,该方法加速效果明显。     

基于GPU图像直接体绘制算法分析与评价

近年来计算机图形硬件性能不断提高,利用硬件来实现体绘制过程中的某些环节以获取交互的绘制速率成为可能,是目前体绘制的研究热点。描述了基于GPU的光线投射法、2D纹理映射法和3D纹理映射法等典型算法,给出了各类算法的分析与性能评价,最后实现相关算法并得出实验结果。     

A PC-based high-quality and interactive virtual endoscopy navigating system using 3D texture based volume rendering

As an alternative method to optical endoscopy, visual quality and interactivity are crucial for virtual endoscopy. One solution is to use the 3D texture map based volume rendering method that offers high rendering speed without reducing visual quality. However, it is difficult to apply the method to virtual endoscopy. First, 3D texture mapping requires a high-end graphic workstation. Second, texture memory limits reduce the frame-rate. Third, lack of shading reduces visual quality significantly. As 3D texture mapping has become available on personal computers recently, we developed an interactive navigation system using 3D texture mapping on a personal computer. We divided the volume data into small cubes and tested whether the cubes had meaningful data. Only the cubes that passed the test were loaded into the texture memory and rendered. With the amount of data to be rendered minimized, rendering speed increased remarkably. We also improved visual quality by implementing full Phong shading based on the iso-surface shading method without sacrificing interactivity. With the developed navigation system, 256 x 256 x 256 sized brain MRA data was interactively explored with good image quality.     

基于标准PC机的大数据实时体绘制算法研究究

为了解决在标准PC机上对大数据进行实时体绘制的问题，提出了一种基于图形处理器的大数据高质量体绘制算法。该算法采用三维纹理映射作为核心的绘制算法，结合可见性测试、遮挡测试和模板测试来加快绘制速度。实验结果表明，对虚拟人体数据，可以在不损失图像质量的前提下，以可交互的速度进行绘制。     

复杂背景下彩色数字图像分割算法研究

为了提高复杂背景下彩色数字图像分割的准确率,减少噪声对图像处理的干扰,尽可能的缩短运行时间,需要对复杂背景下彩色数字图像分割算法进行研究。当前图像分割算法在彩色数字图像分割的过程中,仅仅考虑了图像像素的亮度值,没有考虑其空间特征,存在计算的复杂性过大等缺陷,影响彩色数字图像处理效果。为此,提出了一种基于随机权重粒子群的复杂背景下彩色数字图像分割算法。该算法先采用多尺度均匀滤波方法,对复杂背景下彩色数据图像进行划分,其中包含噪声和不含噪声的像素点的亮度值、结构元素以及局部区域内的图像像素加权亮度密度特征。采用多段图分割获取彩色数字图像的优化分割,在平滑项中代入彩色数字图像梯度信息,对彩色数字图像分割结果中的弱边界进行剔除,从而实现准确的彩色数字图像分割。实验仿真证明,所提算法增加了彩色数字图像分割的对比度和信噪比,提高了复杂背景下彩色数字图像分割的准确性。     

使用GPU编程的光线投射体绘制算法

将传统的光线投射体绘制算法在具有可编程管线的图形处理器(GPU)上重新实现.首先将体数据作为三维纹理保存在显存中,然后通过编写顶点程序和片段程序将光线进入点/离开点计算和光线遍历的计算移入GPU中执行,最后根据不同的采样点颜色混合公式实现不同的绘制效果.文中算法仅需绘制一个四边形即可完成三维重建.实验结果表明:在进行光照效果的重建时,该算法能够达到实时交互的绘制要求,并能实现半透明等复杂绘制效果.     

Image plane sweep volume illumination

In recent years, many volumetric illumination models have been proposed, which have the potential to simulate advanced lighting effects and thus support improved image comprehension. Although volume ray-casting is widely accepted as the volume rendering technique which achieves the highest image quality, so far no volumetric illumination algorithm has been designed to be directly incorporated into the ray-casting process. In this paper we propose image plane sweep volume illumination (IPSVI), which allows the integration of advanced illumination effects into a GPU-based volume ray-caster by exploiting the plane sweep paradigm. Thus, we are able to reduce the problem complexity and achieve interactive frame rates, while supporting scattering as well as shadowing. Since all illumination computations are performed directly within a single rendering pass, IPSVI does not require any preprocessing nor does it need to store intermediate results within an illumination volume. It therefore has a significantly lower memory footprint than other techniques. This makes IPSVI directly applicable to large data sets. Furthermore, the integration into a GPU-based ray-caster allows for high image quality as well as improved rendering performance by exploiting early ray termination. This paper discusses the theory behind IPSVI, describes its implementation, demonstrates its visual results and provides performance measurements.     

基于光线相关性的快速光线投射算法

光线投射算法是一种应用广泛的体绘制技术的基本算法，其存在的主要问题是绘制速度较慢。为了提高光线投射算法的绘制速度，以满足医学图像三维重建的应用需求，在深入研究和比较各种光线投射加速算法的基础上，提出了以接近云算法为核心的、适用于医学图像三维重建的综合性加速算法，并在PC机平台上实现了该算法，在保证图像质量的同时绘制速度提高了一个数量级左右，为医学图像三维重建的实用化提供了有效的手段。     

Direct volume rendering of unstructured tetrahedral meshes using CUDA and OpenMP

Direct volume visualization is an important method in many areas, including computational fluid dynamics and medicine. Achieving interactive rates for direct volume rendering of large unstructured volumetric grids is a challenging problem, but parallelizing direct volume rendering algorithms can help achieve this goal. Using Compute Unified Device Architecture (CUDA), we propose a GPU-based volume rendering algorithm that itself is based on a cell projection-based ray-casting algorithm designed for CPU implementations. We also propose a multicore parallelized version of the cell-projection algorithm using OpenMP. In both algorithms, we favor image quality over rendering speed. Our algorithm has a low memory footprint, allowing us to render large datasets. Our algorithm supports progressive rendering. We compared the GPU implementation with the serial and multicore implementations. We observed significant speed-ups that, together with progressive rendering, enables reaching interactive rates for large datasets.     

三维地形场景的真实感绘制

三维地形场景的真实感绘制追求的两个目标是绘制的逼真度和绘制的实时性，需要在不明显降低图像质量的条件下保持较高的交互帧速率。为了满足实时性的需求，采用连续LOD算法和其它技术来加速地形绘制：为了满足逼真度的需求，采用SAR图像进行纹理映射，采用光照映射实现场景照明和明暗处理。